Nghiên cứu giải pháp tháo khí metan nhằm đáp ứng yêu cầu tăng sản lượng khai thác than ở lò chợ công ty than mạo khê

-Nghiên cứu các phương án tháo khí mê tan nhằm giảm hàm lượng khí mêtan tích tụ trong vỉa than, giảm lưu lượng gió sạch cần cung cấp cho các lò chợ, nhằm nâng cao sản lượng khai thác tha

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

-o0o -

ĐÀO XUÂN HUY

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP THÁO KHÍ MÊTAN NHẰM ĐÁP

ỨNG YÊU CẦU TĂNG SẢN LƯỢNG KHAI THÁC THAN Ở

LÒ CHỢ CÔNG TY THAN MẠO KHÊ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

-o0o -

ĐÀO XUÂN HUY

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP THÁO KHÍ MÊTAN NHẰM ĐÁP

ỨNG YÊU CẦU TĂNG SẢN LƯỢNG KHAI THÁC THAN Ở

LÒ CHỢ CÔNG TY THAN MẠO KHÊ

kết quả nêu trong luận văn là trung thực và trước đây chưa có bất kỳ công trình nào được công bố

Hà Nội, ngày 24 tháng 4 năm 2014

Tác giả luận văn

Đào Xuân Huy

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các bảng

Danh mục phụ lục các bảng biểu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NHU CẦU SẢN LƯỢNG THAN VÀ

THÁO KHÍ MÊTAN TRONG KHAI THÁC MỎ HẦM LÒ Ở MỘT

SỐ NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM

6

CHƯƠNG 2: ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHỨA KHÍ VÀ HIỂM HỌA CHÁY

3.1 Đặc điểm về điều kiện địa chất khu mỏ 33

CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP THÁO KHÍ NHẰM TĂNG

4.3 Đề xuất giải pháp tháo khí mê nhằm tăng sản lượng than lò chợ Công ty

than Mạo Khê

70

4.4.3 Hiệu quả về thời gian hoạt động khai thác của lò chợ 96

Hình 1.1 Quá trình di chuyển của khí mêtan trong vỉa than 10

Hình 1.2 Các đường lò ngắn tháo khí trước nằm trên khoảnh khai thác

Hình 1.3 Tháo khí sau gương lò khấu dật bằng các lỗ khoan hình rẻ quạt ở

Hình 1.4 Tháo khí trước bằng các lỗ khoan từ các lò phân tầng đối với

Hình 1.8 Sơ đồ bố trí lỗ khoan tháo khí mêtan tại mỏ than Khe Chàm I 21 Hình 3.1 Sơ đồ hiện trạng thông gió năm 2013 - Công ty than Mạo Khê 43

Hình 4.2 Phương pháp tháo khí sử dụng các lỗ khoan ngang từ lò

Hình 4.5

Phương pháp tháo khí sử dụng các lỗ khoan từ đường lò

phá hỏa Hình 4.7 Phương pháp tháo khí từ lò dọc vỉa đá phía trên, phía dưới lò

Hình 4.10 Phương pháp tháo khí sau khai thác sử dụng đường ống hút

Hình 4.13 Các lớp đất đá ảnh hưởng đến độ thoát khí mêtan của vỉa 9Đ 74 Hình 4.14 Phương pháp xác định các thông số lỗ khoan tháo khí mêtan 82

Hình 4.16 Sơ đồ bố trí các lỗ khoan tháo khí lò chợ V9Đ mức -150/-80 83

Hình 4.22 Sơ đồ nguyên lý làm việc của trạm tháo khí mêtan trên mặt

Hình 4.23 Quản lý hoạt động của trạm tháo khí trên màn hình máy tính 95

Bảng 1.1 Nhu cầu tiêu thụ than trên thế giới dự kiến đến năm 2025 7

Bảng 2.1 Tổng hợp phương pháp thông gió, loại quạt sử dụng ở một số mỏ

Bảng 2.3 Các vỉa than có độ chứa khí cao tại một số mỏ hầm lò năm 2013 29

Bảng 3.2 Kết quả độ chứa khí mêtan lớn nhất trong các vỉa than tại mỏ Mạo

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Ngày nay, cùng với sự phát triển nhanh chóng của các nền kinh tế thì nhu cầu về than tiêu thụ trong nước và xuất khẩu đã tăng nhanh không ngừng, từ 11,03 triệu tấn năm 2000 lên 26 triệu tấn năm 2004 và năm 2010 đạt khoảng 42 triệu tấn

Do nhu cầu sử dụng than của các ngành kinh tế quốc dân ngày càng tăng nhanh và

đặc biệt là ngành công nghiệp Điện Để đáp ứng nhu cầu đó, Thủ tướng Chính phủ

đã phê duyệt “Quy hoạch phát triển Ngành than Việt Nam đến năm 2020, có xét

triển vọng đến năm 2030” theo Quyết định số 60/QĐ-TTg ngày 09/01/2012

Theo Quy hoạch phát triển Ngành than Việt Nam đã phê duyệt, nhu cầu về sản lượng than thương phẩm sản xuất cho toàn Ngành trong các giai đoạn là: Năm 2012: 45 - 47 triệu tấn; năm 2015: 55 - 58 triệu tấn; năm 2020: 60 - 65 triệu tấn; năm 2025: 66 - 70 triệu tấn; năm 2030: trên 75 triệu tấn Đồng thời dự báo về nhu cầu sử dụng than còn tăng cao hơn nữa, đặc biệt là sau năm 2015 than cấp cho Điện

là rất lớn với tổng sản lượng than sẽ cần: Năm 2015: 60,7 triệu tấn; năm 2020: 120,3 triệu tấn; năm 2025: 177,5 triệu tấn; năm 2030: trên 220,3 triệu tấn Nhằm

đáp ứng yêu cầu sản lượng tăng cao, ổn định lâu dài của mỏ khai trường khai thác

than các mỏ lộ thiên ngày càng khó khăn về diện sản xuất, thời gian tới sản lượng khai thác lộ thiên sẽ giảm đáng kể Để đạt được sản lượng theo kế hoạch đặt ra phải tăng tỷ lệ khai thác than ở các mỏ than hầm lò

Như vậy, yêu cầu về sản lượng khai thác than theo Quy hoạch phát triển Ngành than sau năm 2015 sẽ tăng dần và dự báo tăng gấp đôi từ sau năm 2020 Trong đó, mỏ than Mạo Khê được xây dựng với sản lượng trên 1,8 triệu tấn/năm, với điều kiện thực tế khai thác từ mức Lộ vỉa đến mức -150 theo dự án “Mở rộng sản xuất nâng công suất lên 1,6 triệu tấn/năm - Công ty than Mạo Khê” đang dần đi vào kết thúc thì Công ty than Mạo Khê cần phải tổ chức mở rộng các diện sản xuất theo hướng xuống sâu để đảm bảo sản lượng khai thác hầm lò và hiện nay Công ty than Mạo Khê đang chuẩn bị đầu tư dự án “Khai thác hầm lò dưới mức -150 mỏ than Mạo Khê”, dự án đã được Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam

phê duyệt theo Quyết định số 899/QĐ-VINACOMIN ngày 28/5/2013 với qui mô công suất 2,0 triệu tấn/năm Để tổ chức khai thác khi phát triển diện khai thác than hầm lò xuống sâu, theo chiều sâu khai thác, độ chứa khí trong khoáng sàng than tăng lên, nhất là đối với mỏ than Mạo Khê được xếp vào mỏ hạng về khí nổ CH4thuộc loại Siêu hạng Việc đảm bảo thông gió cho các lò chợ sản lượng cao sẽ gặp nhiều khó khăn

Việc nghiên cứu giải pháp khoan tháo khí mêtan đảm bảo yêu cầu thông gió

và an toàn khi tăng sản lượng than khai thác lò chợ là vấn đề mang ý nghĩa thiết thực và cấp bách Định hướng áp dụng công nghệ tháo khí tại các khu khai thác Công ty than Mạo Khê sẽ làm cơ sở để triển khai nhân rộng mô hình cho các mỏ than hầm lò khác

Do vậy, đề tài “Nghiên cứu giải pháp tháo khí mêtan nhằm đáp ứng yêu

cầu tăng sản lượng khai thác than ở lò chợ Công ty than Mạo Khê” giải quyết

được yêu cầu cấp thiết và có ý nghĩa thực tiễn đối với Công ty than Mạo Khê - TKV

nói riêng và của Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam nói chung

2 Mục tiêu nghiên cứu của luận văn:

-Nghiên cứu, phân tích, đánh hiện trạng thông gió tại Công ty than Mạo Khê -Nghiên cứu các phương án tháo khí mê tan nhằm giảm hàm lượng khí mêtan tích tụ trong vỉa than, giảm lưu lượng gió sạch cần cung cấp cho các lò chợ, nhằm nâng cao sản lượng khai thác than đảm bảo an toàn về cháy nổ khí mê tan trong các hoạt động công tác;

-Đề xuất đưa vào áp dụng công nghệ, thiết bị tháo khí mêtan tại các mỏ hầm

lò nói chung và Công ty than Mạo Khê nói riêng

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

-Tìm hiểu về nghệ khoan tháo khí mêtan trong nước và trên thế giới

-Nghiên cứu, đánh giá hiện trạng thông gió mỏ, sản lượng than khai thác tại các lò chợ của mỏ than Mạo Khê và đề xuất giải pháp tháo khí mê tan hợp lý khi khai thác xuống sâu dưới mức -150 - Mỏ than Mạo Khê

-Phân tích đánh giá khả năng khoan tháo khí tại mỏ Mạo Khê hiện nay

-Nghiên cứu giải pháp tháo khí mê tan hợp lý cho điều kiện khoáng sàng than Mạo Khê

4 Nội dung của luận văn:

- Nhận xét một số hệ tháo khí mêtan mỏ hầm lò trên thế giới và một số mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh

- Đề xuất các giải pháp tháo khí mêtan nhằm tăng sản lượng khai thác than ở

lò chợ Công ty than Mạo Khê, đảm bảo kế hoạch sản xuất cho Công ty than Mạo Khê

5 Phương pháp nghiên cứu:

Luận văn sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:

-Phương pháp thống kê tổng hợp: thống kê số liệu của các công trình, đề án,

đề tài nghiên cứu về thông gió và khảo sát, thăm dò khí ở trong mỏ;

-Phương pháp phân tích: trên cơ sở số liệu tổng hợp, thống kê tiến hành phân tích để đề xuất giải pháp tháo khí mêtan hợp lý;

-Phương pháp giải tích: xác định các thông số chính của sơ đồ công nghệ tháo khí mêtan

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:

- Giải pháp tháo khí mê tan đề xuất áp dụng cho mỏ Mạo Khê nhằm tăng sản lượng lò chợ trong điều kiện khai thác hiện tại và phát triển khai thác xuống sâu dưới mức -150 với chiều sâu khai thác lớn, độ chứa và thoát khí mêtan tăng cao, góp phần giải quyết khó khăn trong công tác thông gió ở lò chợ sản lượng cao, giảm

số lò chợ hoạt động đồng thời và thuận lợi cho điều hành quá trình mỏ hoạt động sản xuất; Giải pháp này cũng có ý nghĩa tham khảo đối với các công ty khai thác hầm lò có điều kiện tương tự Đây là một yếu tố đặc biệt quan trọng không những

đảm bảo an toàn, môi trường làm việc cho người lao động mà còn là biện pháp hữu

hiệu để phòng chống cháy nổ khí mêtan

- Trong những năm gần đây tốc độ tăng trưởng của ngành than phát triển mạnh, trong đó tỷ trọng về khai thác than hầm lò ngày càng tăng Do vậy, để đảm

bảo công tác thông gió có hiệu quả về mặt kỹ thuật và kinh tế, đặc biệt là các mỏ tăng sản lượng trở lên cần thiết

- Đối với Công ty than Mạo Khê, việc phân tích đánh giá về độ chứa khí và thoát khí mê tan ở mỏ than Mạo Khê là vấn đề hết sức cần thiết Trên cơ sở đó đề suất giải pháp tháo khí mêtan đáp ứng yêu cầu tăng sản lượng khai thác than lò chợ,

đảm bảo nâng cao hiệu quả nhằm:

+ Đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật về thông gió

+ Đảm bảo an toàn cho người lao động

+ Cải thiện điều kiện làm việc cho người lao động

+ Nâng cao năng suất lao động

+ Đảm bảo hiệu quả kinh tế

7 Cơ sở tài liệu và cấu trúc của luận văn:

Luận văn được xây dựng trên cơ sở các tài liệu chuyên ngành, các công trình nghiên cứu khoa học ứng dụng ở trong và ngoài nước, Quy hoạch phát triển Ngành than Việt Nam đến năm 2020, có xét triển vọng đến năm 2030” đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt theo Quyết định số 60/QĐ-TTg ngày 09/01/2012 và hiện nay Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam đang triển khai thực hiện, cũng như các tài liệu thu thập thực tế ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh

Luận văn gồm phần thuyết minh 102 trang, bao gồm: Mở đầu, 04 chương, kết luận chung, các công trình được công bố của tác giả và tài liệu tham khảo, 30 bảng biểu, 44 hình vẽ; phần phụ lục, gồm 11 phụ lục Các hình vẽ và bảng biểu minh hoạ được sắp xếp trình tự theo các chương Luận văn được hoàn thành tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Đặng Vũ Chí

Qua đây tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Ban Giám hiệu Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Phòng Đại học và sau Đại học, Bộ môn Khai thác Hầm lò và Ban lãnh đạo Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam, các công ty than: Mạo Khê, Khe Chàm, Quang Hanh, Dương Huy, Công ty Cổ phần Tư vấn đầu

tư Mỏ và Công nghiệp - VINACOMIN, Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - VINACOMIN, đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành

luận văn Đặc biệt là sự chỉ bảo giúp đỡ tận tình của PGS.TS Đặng Vũ Chí và các thầy giáo trong Bộ môn Khai thác Hầm lò - Trường Đại học Mỏ - Địa chất Với tấm lòng trân thành tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các nhà khoa học Đồng thời tôi cũng bày tỏ lòng cảm ơn tới các bạn đồng nghiệp đã động viên giúp đỡ tôi để hoàn thành luận văn này

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHU CẦU SẢN LƯỢNG THAN, THÁO KHÍ MÊTAN MỘT SỐ NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 1.1 Tổng quan về nhu cầu sản lượng than

Với nhu cầu ngày càng lớn về tài nguyên khoáng sản để phục vụ cho sự phát triển kinh tế thế giới ngày nay, đòi hỏi ngành khai thác mỏ phải phát triển về cả sản lượng và quy mô khai thác Như trên thế giới các mỏ hầm lò (than và khoáng sản có ích) ở hầu hết các nước (Mỹ, Trung Quốc, Ấn Độ, Úc, Nga, Nam Phi, CHLB Đức,

Ba Lan ) phải mở rộng quy mô và xuống sâu Nhiều mỏ than ở LB Nga khai thác ở mức sâu >1000m, nhiều mỏ vàng ở Ấn Độ, Brazin khai thác ở độ sâu trên 3000m Thực tế trong những năm qua trên thế giới hầu hết các nước có ngành khai thác khoáng sản đều đã phải tăng sản lượng mạnh Đặc biệt là ngành khai thác than, bởi bên cạnh các nguồn năng lượng như: dầu, khí thiên nhiên, thuỷ điện, địa nhiệt, nguyên tử, thì tài nguyên than vẫn là nguồn năng lượng quan trọng đặc biệt và không thể thiếu được đối với những nước có nền kinh tế đang phát triển Năng lượng than trong tương lai ngày càng có vai trò lớn, khi mà các nguồn năng lượng khác cạn kiệt và liên tục bị khủng hoảng Điều đó đã được khẳng định từ các tổ chức năng lượng Quốc tế và Liên minh Châu Âu Khả năng tiêu thụ than và thị trường than trên thế giới trong những năm gần đây cho thấy việc sử dụng than ngày một tăng, đặc biệt trong những năm tới khi trữ lượng dầu trên thế giới bị giảm mạnh

Lượng tiêu thụ than thế giới dự tính tăng từ 4,9 tỷ tấn năn 2002 lên 6,57 tỷ tấn năm 2015 và 7,5 tỷ tấn vào năm 2025 (bảng 1.1) và nhu cầu sản lượng than của Việt Nam cũng tăng sau năm 2015 khoảng trên 6,7 tỷ tấn (bảng 1.2)

Để đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ đó, đòi hỏi ngành công nghiệp khai thác

mỏ ngày càng phải tăng sản lượng Trên thực tế những năm gần đây sản lượng khai thác khoáng sản nói chung và sản lượng khai thác than nói riêng trên thế giới và đặc biệt là ở Việt Nam đã phải tăng gấp nhiều lần Khi đó sản lượng các mỏ hầm lò

đóng vai trò quan trọng và có xu hướng tăng mạnh khi vấn đề khai thác mỏ lộ thiên

gặp phải nhiều khó khăn về diện khai thác cũng như các yếu tố ảnh hưởng tới môi

trường Sản lượng than khai thác từ các mỏ hầm lò trên thế giới chiếm từ (35 ÷

45)% sản lượng khai thác chung

Bảng 1.1 Nhu cầu tiêu thụ than trên thế giới dự kiến đến năm 2025

(Nguồn: "Triển vọng năng lượng thế giới năm 2025"

của cơ quan Năng lượng Quốc Tế - IEA)

Bảng 1.2 Sản lượng khai thác than dự kiến đến năm 2025 của Việt Nam

(Nguồn: "Kế hoạch phát triển ngành than đến năm 2025" của Tập đoàn Công

nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam)

1.2 Tổng quan tháo khí mêtan một số nước trên thế giới và Việt Nam

1.2.1 Đặc điểm về khí mêtan:

1.2.1.1 Nguồn gốc hình thành và tính chất của khí mêtan trong vỉa than:

Quá trình hình thành than là sự phân huỷ và biến chất các loại thực vật tạo

ra một số lượng lớn khí Mỗi một tấn than Antraxít và than Bitum tạo ra xấp xỉ 765

m3 và 340 m3 khí mêtan Khối lượng khí được tạo ra từ quá trình than hoá tăng lên theo tuổi than Phần lớn lượng khí này được thoát ra ngoài không khí trong quá trình biến chất của vật chất phân huỷ Lượng khí giữ lại trong than thay đổi từ nhỏ tới rất lớn (25 m3/tấn), thông thường lượng khí này tăng theo tuổi than và độ sâu vỉa

than Khi thành tạo than, khí CO2 chiếm thể tích lớn so với khí CH4 Tuy nhiên, do

ảnh hưởng của nước ngầm, khí CO2 đã hoà tan với nước trong quá trình chôn vùi dưới lòng đất nên khí mêtan là thành phần chính của khí trong than (chiếm từ 80% tới 95% thể tích) Ngoài ra còn có các loại khí như: êtan, prôpan, butan, carbon

điôxit, hyđrô, ôxy, nitơ, Khí mêtan nồng độ cao trong các vỉa than có giá trị nhiệt

năng như khí tự nhiên (dầu khí), nên trong nhiều trường hợp có thể sử dụng để thay thế khí tự nhiên

1.2.1.2 Cơ chế thoát khí mêtan từ vỉa than:

Khi chưa có sự thay đổi về áp suất khí trong vỉa, khí mêtan chủ yếu tồn tại

ở dạng hấp thụ trên bề mặt hạt than và khá ổn định Tuy nhiên, trong quá trình khai

thác than, áp suất khí trong vỉa bị biến động do dịch động, biến dạng của đất đá, khí mêtan sẽ tách ra khỏi bề mặt của hạt than và thoát ra không gian đường lò thông qua

hệ thống khe nứt tự nhiên và các nứt nẻ do hoạt động khai thác mỏ gây ra Dòng khí này được khuếch tán qua các khe nứt giữa các hạt than nhỏ, sau đó di chuyển về phía các khe nứt chính gồm khe nứt ngang và dọc (hình 1.1) Khả năng thoát khí hay tốc độ thoát khí mêtan trong vỉa than phụ thuộc vào cấu trúc khe nứt, độ nứt nẻ

và độ thẩm thấu khí của than Độ thẩm thấu khí chính là khả năng cho khí lưu thông qua khối than được định nghĩa bởi nhà bác học Darcy [2]

c KhÝ hÊp thu vµo lç khoan th¸o khÝ th«ng qua hÖ thèng khe nøt

Pháp, Nhật, Canada, Indonesia, Thổ Nhĩ Kỳ, Trung Quốc đã triển khai hệ thống tháo khí mêtan từ những năm 50 của thế kỷ trước, đặc điểm của các sơ đồ công nghệ khoan tháo khí tại một số nước được thực hiện như sau:

1.2.2.1 Tại Trung Quốc:

Phương pháp tháo khí mêtan trong các mỏ than hầm lò ở Trung Quốc được

áp dụng từ năm 1952 Hiện nay có khoảng một nửa số mỏ hầm lò tháo khí mêtan từ vỉa than trước khi khai thác, còn lại là tháo khí sau khai thác Hiệu quả tháo khí nằm trong phạm vi từ 30-40%

Phương pháp tháo khí trước khi khai thác thường được áp dụng là: khoan các

lỗ khoan vào vỉa than từ trên mặt đất hoặc từ các đường lò vận tải Tại mỏ than Fushun, các vỉa than có chiều dày không ổn định (thường là 50 m) và tương đối dễ thấm, người ta đã khoan các lỗ khoan hình rẻ quạt để tháo khí trước khi khai thác Trong nhiều năm, lưu lượng dòng mêtan thu hồi được chỉ có 0,1 m3/phút (1,7 l/s) Tại một lỗ khoan dài 100 m, lưu lượng dòng mêtan tinh khiết ban đầu thu được là 4,5 m3/phút (75 l/s) Các lỗ khoan bên hông đôi khi cũng được khoan từ các đường

lò vận tải để giảm độ thoát khí tại gương khai thác Người ta đã thử nghiệm các phương pháp khác nhau để nâng cao hiệu quả tháo khí trước khi khai thác như: phương pháp dùng các tia nước áp suất cao để kích thích tại đáy của các lỗ khoan và kết quả đã thu được lưu lượng dòng mêtan tăng lên gấp đôi; phương pháp kích thích thủy lực các lỗ khoan từ trong vỉa cũng đã được thử nghiệm, kết quả thử nghiệm đã chỉ ra rằng, đối với các vỉa than có tính thẩm thấu thấp, phương pháp này có tác dụng không đáng kể Phương pháp kích thích thủy lực đối với các lỗ khoan từ trên mặt đất cũng chỉ đạt hiệu quả cao khi than trong vỉa có tính thẩm thấu cao

Tháo khí sau khi khai thác ở Trung Quốc thường sử dụng các phương pháp: Khoan các lỗ khoan xuyên vỉa, các đường lò tháo khí trên vách vỉa, các lỗ khoan tháo khí từ bên trong và từ bên trên các khu vực đã khai thác

Hình 1.2 Các đường lò ngắn tháo khí trước nằm trên khoảnh khai thác ở

Trung Quốc (Yongyan and Edwards, 1983)

Các đường lò tháo khí được đào vào vách vỉa than, nằm giữa và song song với các đường lò khai thác than, hoặc được đào cách đều nhau so với gương lò khai thác với chiều sâu vào khoảng một phần ba chiều dài lò chợ Để đào các đường lò tháo khí thường phải chi phí nhiều nhân lực và thời gian, vì vậy người ta đang tìm chọn các phương pháp tháo khí khác có hiệu quả hơn để thay thế

1.2.2.2 Tại Mỹ:

Từ năm 1995, ước tính có khoảng 137 tỷ tấn than được khai thác từ 72 mỏ (Mining Journal, 1996), khoảng một nửa số mỏ này có lắp đặt hệ thống tháo khí mêtan Các số liệu thống kê cho thấy, tại các gương lò dài, độ chứa khí vào khoảng trên 11m3/T Trong các vỉa than có độ thẩm thấu khí tương đối lớn, thường sử dụng các giếng khoan thẳng đứng từ mặt đất để tháo khí trước khi khai thác khoảng 3 năm Tại các vỉa khác, người ta sử dụng các lỗ khoan nằm ngang từ trong đường lò

để tháo khí trước khi khai thác Sử dụng các đường ống dẫn bằng nhựa (dễ vận

chuyển vì nhẹ, dễ hàn nối với nhau vì điểm nóng chảy thấp, dễ dàng thu hồi sử dụng lại) được dùng để dẫn khí mêtan thu hồi đến nơi tiêu thụ Các lỗ khoan thẳng đứng tháo khí sau khai thác thường được sử dụng để thu hồi khí mêtan từ các khu vực đã khai thác Hiện tại không có mỏ than nào ở Mỹ sử dụng các lỗ khoan xuyên vỉa để tháo khí mặc dù các công việc thử nghiệm đã được tiến hành Hệ thống tháo khí

bằng các lỗ khoan xuyên vỉa phù hợp hơn khi khai thác các vỉa than ở mức sâu vì lúc đó việc khoan các lỗ khoan từ mặt đất trở nên quá đắt đỏ

1.2.2.3 Tại Ba Lan:

Theo thống kê, hơn 97% tổng sản lượng than khai thác tại Ba Lan là khai thác từ bể than Upper Silesian với chiều sâu khai thác ở một số mỏ lên đến hơn 1000m Hơn một phần tư số mỏ đã áp dụng công nghệ tháo khí mêtan Độ thoát khí mêtan riêng của các mỏ than ở Ba Lan nằm trong phạm vi từ thấp đến trên 30

m3/tấn Phạm vi hiệu quả thu hồi khí mêtan điển hình ở các mỏ thường là 35% Khí

mỏ thu hồi được với hàm lượng khí mêtan trên 40% được tiêu thụ bán cho các cơ sở công nghiệp

Để tháo khí mêtan, tại các lò chợ khai thác bằng phương pháp khấu giật,

người ta khoan các lỗ khoan hình rẻ quạt xiên về phía vùng phá hỏa (hình 1.3)

Vùng đất đá phá hỏa

Các lỗ khoan tháo khí Đường lò tháo khí Các lỗ khoan tháo khí

Hình 1.3 Tháo khí sau gương lò khấu dật bằng các lỗ khoan hình rẻ quạt ở Ba Lan

Đường kính các lỗ khoan thường là 65mm được khoan qua ống chống chứa

vữa ximăng lỏng dài từ 3÷6m (trường hợp đặc biệt, chiều dài ống vách từ 9÷12m với đường kính trong của ống từ 80÷90mm) Mỗi đường ống đều được kiểm tra độ

ổn định và độ rò rỉ bằng nước dưới áp lực từ 1÷2 Mpa Tại mỗi vị trí, người ta thường chỉ khoan 3 đường ống để tháo khí, tuy vậy lưu lượng dòng khí thu hồi được

từ 8÷10 m3/phút với hiệu quả thu hồi khí lên đến 44-52% Các đường ống tháo khí trong mỏ thường có đường kính từ 150÷180mm, những mỏ chứa nhiều khí và chiều

dài đường ống lớn, người ta sử dụng các đường ống có đường kính tới 250 mm

Mặc dù lượng khí thu hồi được nhờ công nghệ tháo khí trước khi khai thác chỉ nhỏ khoảng 10%, nhưng người ta vẫn áp dụng cả hai công nghệ tháo khí trước

và sau khi khai thác

Công nghệ tháo khí sử dụng ở Ba Lan phổ biến nhất là dùng các lỗ khoan xuyên vỉa tháo khí sau khi khai thác từ đá vách và đá trụ Đối với các mỏ chứa nhiều khí sử dụng các đường lò tháo khí kết hợp với các lỗ khoan xuyên vỉa vào lớp nóc hướng về phía ranh giới đường lò thông gió của lò chợ phía dưới Người ta đào các đường lò tháo khí và dùng các vòm đỡ để giữ, các vòm đỡ này được thu hồi lại trước khi gương lò chợ khai thác qua phía dưới nó và các cửa vào được bịt kín bằng bức tường cách li chống cháy nổ Hiệu quả thu hồi của hệ thống tháo khí này từ 58-78% so với hiệu quả thu hồi của hệ thống tháo khí bằng các lỗ khoan xuyên vỉa thông thường là 9-32% Tuy nhiên, chi phí cho lắp đặt hệ thống tháo khí bằng

đường lò tháo khí cao hơn nhiều so với các phương pháp tháo khí khác

Năm 1994, Wisniowski đã nghiên cứu hiệu quả tháo khí mêtan trong đó sơ

đồ bố trí các lỗ khoan xuyên vỉa khác nhau, hiện đang sử dụng ở Balan với các lỗ

khoan đơn và các lỗ khoan hình rẻ quạt khoan từ các vị trí khác nhau trên các lò chợ khấu giật Hiệu quả thu hồi nằm trong khoảng 11 ÷ 75% Đặc điểm cần chú ý của các lỗ khoan là chúng được khoan vào phần than rắn trước gương than đang khai thác nếu địa hình của một số lò chợ cho phép khoan lên phía trên các vùng phá hỏa thì hiệu quả thu hồi sẽ cao hơn

Các thiết bị khoan tháo khí mỏ của Ba Lan thường sử dụng là khí nén, khí nén, hoặc thủy điện, khả năng khoan sâu tới 250 m, xung lực 5T

điện-1.2.2.4 Tại các nước Liên Xô (cũ):

Việc tháo khí mêtan được sử dụng rộng rãi ở Nga, Ucraina và Kazăcstan, với khoảng 80% các mỏ phải đối phó với các nguy cơ cháy nổ và cần phải tháo khí mêtan (theo tài liệu của Zabourdyaev, 1995)

Công nghệ tháo khí được sử dụng ở Nga bao gồm cả phương pháp tháo khí trước và sau khi khai thác bằng các lỗ khoan cả từ trên mặt đất lẫn từ trong hầm lò Người ta giảm độ thoát khí trong vùng đang khai thác bằng cách khoan các lỗ khoan

từ các đường lò vận tải bên cạnh để tháo khí từ 3 ÷ 5 tháng trước khi khai thác hoặc khoan các lỗ khoan từ mặt đất trước khi khai thác

Các vỉa than ở mỏ Donetsk (Donbass) thường có khả năng thẩm thấu thấp, vì vậy phương pháp tháo khí trước khai thác không hiệu quả, tuy nhiên công nghệ này vẫn được áp dụng nhằm giảm các rủi ro cháy nổ khí mỏ có thể xảy ra Rất nhiều kỹ thuật tân tiến đã được áp dụng để tăng khả năng thẩm thấu của vỉa than Các công nghệ này bao gồm nổ mìn, tạo ra các khe nứt, kích thích thủy lực trong lòng vỉa, phun hóa chất vào trong lòng vỉa than Phương pháp giảm áp để tăng khả năng thẩm thấu của than và phương pháp tháo khí từng phần từ các lớp đất đá bao quanh thường được sử dụng trong thực tế ở hầu hết các mỏ than của Liên xô cũ khi điều kiện cho phép Phương pháp tháo khí sau khi khai thác các lớp nóc và lớp nền bằng các lỗ khoan xuyên chéo theo phương vỉa cũng được sử dụng trong thực tế, với các thông số thiết kế tương tự như các thiết kế của Đức và các nước khác

Khoảng 50% các mỏ sử dụng kỹ thuật khoan tháo khí từng phần trước khi khai thác, như ở các mỏ than Karaganda, Kuznetsk,(Kuzbass) và Vorkuta Mô hình khoan và khoảng thời gian tháo khí trước khi khai thác thay đổi theo độ chứa khí, chiều dày và độ dốc của vỉa than Thời gian tháo khí trước khi khai thác có thể hơn

6 tháng ở một số mỏ Phương pháp tháo khí trước khi khai thác các gương lò phân tầng đối với các vỉa than dày và dốc (hình 1.4)

Tại các mỏ than Donetsk, Karaganda và Kuznetsk người ta sử dụng các lỗ khoan thẳng đứng từ mặt đất (lỗ khoan “Goaf”), khoan trước lên phía trên gương lò

định khai thác để tháo khí Đường kính lỗ khoan thay đổi tùy theo chiều sâu của lỗ

và lưu lượng dòng khí sẽ thu hồi được theo dự tính Đối với lưu lượng dòng khí thu hồi khoảng 15m3/phút và chiều sâu khoan đến 400m, đường kính bên trong của lỗ khoan khoảng 100 mm, nếu chiều sâu lỗ khoan và lưu lượng dòng khí thu hồi được

lớn hơn, các lỗ khoan có đường kính đến 150 mm Tại các mỏ đặc biệt chứa nhiều khí, người ta sử dụng kết hợp tất cả các công nghệ có thể đưa vào để tháo khí (Bao gồm các công nghệ tháo khí trước và sau khi khai thác, sử dụng các lỗ khoan xuyên vỉa hoặc các lỗ khoan “Goaf” tháo khí từ mặt đất) Nhờ sử dụng các công nghệ này

có thể giảm được từ 25 ÷ 37% tổng lượng khí thoát ra trong quá trình khai thác

Hình 1.4 Tháo khí trước bằng các lỗ khoan từ các lò phân tầng đối với các vỉa

dày và dốc

1.2.2.5 Tại Australia:

Công nghệ tháo khí ở Australia đã được thử nghiệm vào những năm 1960 và

1970 song thực sự mới triển khai áp dụng từ năm 1980 tại mỏ than West Clief của Australia với việc áp dụng công nghệ tháo khí trước khai thác (hình 1.5) cũng như trong khai thác (hình 1.6)

(a)Sơ đồ tháo khí trong công nghệ khai thác cột dài theo phương

(b)Tháo khí trước trong công nghệ khai thác lò dọc vỉa phân tầng

Hình 1.5 Hệ thống tháo khí trước ở Australia

(a) Các lỗ khoan song song

(b) Các lỗ khoan hình dải quạt

(c) Các lỗ khoan hình cành cây

Hình 1.6 Hệ thống tháo khí sau ở Australia

Các lỗ khoan trước được khoan song song với gương lò (hình 1.6a và 1.6b) còn các lỗ khoan nhánh được khoan từ các gương lò chuẩn bị kế tiếp Khoảng cách giữa các lỗ khoan và chiều dài của các lỗ khoan phụ thuộc vào độ thẩm thấu của than trong vỉa và thời gian dùng lỗ khoan cho việc tháo khí Đối với vỉa than có độ thẩm thấu thấp, khoảng cách giữa các lỗ khoan có thể gần tới 2 m, chiều sâu lỗ khoan thường là 100 m, thực tế có các lỗ khoan dài tới 350 m Các lỗ khoan song song với nhau, xuyên qua các khu vực lò chợ khoảng từ 18÷100m Để tăng hiệu quả tháo khí người ta sử dụng thêm các lỗ khoan rẽ nhánh từ mỗi lỗ khoan chính

Các đường ống có đường kính 65÷100 mm, dài 3÷9 m được lắp vào các lỗ khoan trong mỏ Đôi khi, các ống thép hoặc nhựa xẻ rãnh cũng được sử dụng để lắp vào các lỗ khoan ngang nhằm duy trì sự ổn định của dòng mêtan thu hồi được

Công nghệ tháo khí sau khai thác được áp dụng ở các mỏ than của Australia với việc sử dụng các lỗ khoan xuyên vỉa từ bên trong hầm lò và các lỗ khoan từ trên mặt đất để tháo khí trong các khoảng không gian đã khai thác Lưu lượng dòng khí thu được trong các lỗ khoan tháo khí khoảng từ 0,03 l/s/mét

Các lỗ khoan tháo khí từ mặt đất xuống các khu vực đã khai thác được khoan tới phía trên bề mặt gương lò chợ đang khai thác ở các mỏ than Appin cho lưu lượng dòng khí thu được cao tới 50 m3/phút (833 l/s) Nhưng lượng khí này lại phân

bố trong lớp đất đá phía trên vỉa than đã khai thác khoảng 120m Nhìn chung hiệu quả tháo khí thường thay đổi từ 30-50%, một số vùng khai thác hầm lò, hiệu quả tháo khí đã đạt tới 75%

(III) Tháo khí từ vùng phá hỏa được bịt kín

Tại mỏ than Taiheiyo, người ta đã tiến hành tháo khí trên gương lò chợ sử dụng các lỗ khoan dài (dài hơn hoặc bằng 500m), các lỗ khoan trung bình (chiều dài

từ 200-300m) và các lỗ khoan ngắn (chiều dài khoảng 100m) khoan vào phía trên các vùng phá hỏa Phần lớn mêtan được tháo ra từ các lỗ khoan dài vì cường độ tháo khí của nó lớn hơn nhiều so với các lỗ khoan ngắn Gần đây nhất, Nhật đã áp dụng công nghệ tháo khí từ lớp nóc và từ các vùng phá hỏa trong đó sử dụng các lỗ khoan dài bên trên vỉa than được khoan từ các cúp theo hình rẻ quạt (hình 1.7) Nhật

Bản đã khoan thành công các lỗ khoan dài 500-600m dùng mũi khoan xoay với

đường kính 82mm, mỗi cần khoan dài 1,0m

Tại Nhật Bản các vỉa than dốc thường được mở vỉa bằng lò xuyên vỉa trong

đá, tại đó đã xảy ra một số vụ cháy nổ khí trong đá Nhằm mục đích giảm thiểu các

nguy cơ cháy nổ như vậy, người ta đã sử dụng các lỗ khoan từ lò cúp trong đá vào các vỉa than cho giao nhau để tháo khí trước khi khai thác từ 6÷12 tháng Trong giai

đoạn sau, các lỗ khoan được khoan vào trong vỉa than ở phía trước hoặc ở giữa các

lò chuẩn bị để tháo khí trong phạm vi rộng của vỉa Nếu độ thẩm thấu của vỉa thấp thì sử dụng các lỗ khoan đường kính lớn tới 250mm (mỏ than Akabira), thường sử dụng 3 lỗ khoan đường kính lớn để khoan theo hình rẻ quạt xòe ra khoảng 10m trước gương lò khai thác Nếu đường lò đã có sẵn thì việc tháo khí trước khi khai thác các gương lò kề bên được tiến hành bằng cách khoan thêm các lỗ khoan với khoảng cách lớn nhất giữa các lỗ là 15m Khi sử dụng các lỗ khoan đường kính lớn, hiệu quả tháo khí có thể đạt tới 65 ÷ 70%

(a) Các lỗ khoan trong vỉa khoan vào vùng than chưa được khai thác

(b) Tháo khí từ vùng phá hỏa được bịt kín

Hình 1.7 Hệ thống tháo khí tại Nhật Bản 1.2.3 Tháo khí mêtan ở Việt Nam:

Sản lượng than khai thác ở Việt Nam chủ yếu là vùng Quảng Ninh, theo kết quả tổng hợp thực tế của Trung tâm An toàn Mỏ - Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin thuộc Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam, các mỏ vùng Quảng Ninh có độ chứa khí trong những năm qua cho thấy: phần lớn các mỏ thuộc độ chứa khí loại I (<2,5m3/TKC) và loại II (2,5÷4,5 m3/TKC) Một số mỏ có độ chứa khí tiệm cận loại III hoặc thuộc loại III (4,5 ÷ 8 m3/TKC), có một mỏ than được xếp loại mỏ siêu hạng là mỏ than Mạo Khê

Hiện nay, công tác tháo khí mêtan tại mỏ hầm lò ở Việt Nam mới được nghiên cứu áp dụng thử nghiệm duy nhất tại lò chợ 13.1-3 thuộc mỏ than Khe Chàm I vào năm 2012 Để tiến hành tháo khí trước gương lò chợ này, áp dụng Phương pháp tháo khí sau khai thác, đây là phương pháp mà công tác chuẩn bị tháo khí được tiến hành song song với quá trình khai thác nhằm thu hồi khí mêtan và các khí khác thoát ra trong quá trình khai thác; có thể coi đây là Phương pháp tháo khí sau - trong quá trình khai thác Bố trí các lỗ khoan ở lò dọc vỉa mức thông gió theo các cúp với khoảng cách 50/cúp, mỗi cúp có 06 lỗ khoan được khoan lên vách vỉa than với góc nghiêng so với mặt phẳng nằm ngang từ 15 ÷ 220 và so với trục đường lò từ 15÷ 400; chiều sâu từ 80-115m, đường kính 65mm Sơ đồ bố trí lỗ khoan tháo khí mêtan (hình 1.8)

Theo kết quả quan trắc, đo khí thực tế trong quá trình và tổng kết của Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - VINACOMIN, đánh giá áp dụng công nghệ tháo khí mêtan tại lò chợ 13.1-3 mỏ than than Khe Chàm đã được thực hiện an toàn, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và đem lại kết quả tích cực Lò chợ sau khi tháo khí đã giảm

được hàm lượng khí mêtan trong từ 0,2 ÷ 0,6% so với thời điểm trước khi tháo khí, góp phần giảm nguy cơ cháy nổ khí mêtan, nâng cao mức độ an toàn trong sản xuất

và có thể cho phép nâng cao năng suất lao động, sản lượng khai thác

Hình 1.8 Sơ đồ bố trí lỗ khoan tháo khí mêtan tại mỏ than Khe Chàm I

IN A3

1.3 Nhận xét chung:

Theo dự báo về nhu cầu sử dụng về tài nguyên khoáng sản để phục vụ cho sự phát triển kinh tế tiêu thụ than trên thế giới và ở Việt Nam là rất lớn và hầu hết các nước có ngành khai thác khoáng sản đều đã phải tăng sản lượng mạnh Ngoài các nguồn năng lượng như: dầu, khí thiên nhiên, thuỷ điện, địa nhiệt, nguyên tử, thì tài nguyên than vẫn là nguồn năng lượng quan trọng đặc biệt và không thể thiếu

được đối với những nước có nền kinh tế đang phát triển Năng lượng than trong

tương lai ngày càng có vai trò lớn, khi mà các nguồn năng lượng khác cạn kiệt Trong điều kiện đó, việc than ở các mỏ trong nước và trên thế giới đã, đang và sẽ phải tiếp tục phát triển mở rộng mỏ để khai thác ở mức sâu Như vậy, sẽ có nhiều nguy cơ tiềm ẩn gây mất an toàn có thể xảy ra trong các hoạt động sản xuất, đặc biệt

là nguy cơ về cháy nổ khí mêtan trong các mỏ hầm lò với thiết hại nặng nề về người

và của

Để phòng tránh các rủi ro có thể xảy ra, hầu hết nước trên thế giới khai thác

than với sản lượng lớn đều đã nghiên cứu và áp dụng giải pháp tháo khí mêtan trong các vỉa than với mục đích làm giảm mức độ thoát khí mêtan trong quá trình khai thác mỏ, đồng thời thu hồi lưu lượng khí thoát ra để sử dụng cho các ngành công nghiệp nhằm mang lại lợi ích kinh tế lớn hơn cho hoạt động khai thác

Tại Việt Nam, với nhu cầu tiêu thụ than ngày càng nhanh để đáp ứng yêu cầu các phát triển các ngành công nghiệp, việc phát triển các mỏ hầm lò xuống sâu là

điều tất yếu, khi đó cần nghiên cứu các giải pháp khai thác hợp lý để khai thác

mang lại hiệu quả kinh tế Theo đó phải giải quyết được các yêu cầu về môi trường

do hoạt động khai thác mỏ gây ra, song song với đó có giải pháp về thông gió và an toàn mỏ để phòng ngừa các hiểm họa có thể xảy ra, đặc biệt là an toàn về cháy nổ khí mêtan khi phát triển mỏ suống sâu

Với tổng quan về các phương pháp ở một số mỏ đã áp dụng trên thế giới là một trong những thông tin quan trọng trong việc xem xét và đặt vấn đề nghiên cứu tháo khi mêtan cho các mỏ trong nước

CHƯƠNG 2 ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHỨA KHÍ VÀ HIỂM HỌA CHÁY NỔ KHÍ MÊTAN

CÁC VỈA THAN VÙNG QUẢNG NINH

2.1 Hiện trạng khai thác ở các mỏ than vùng Quảng Ninh

2.1.1 Khái quát về điều kiện tự nhiên, địa chất của các mỏ:

Phần lớn các mỏ khai thác than bằng phương pháp hầm lò vùng Quảng Ninh hoạt động khai thác dưới bề mặt địa hình là đồi núi cao, chia cắt, khó di chuyển, đi lại, tiếp cận Hiện nay, hầu hết các mỏ đang khai thác mức lò giếng, dưới mức thông thủy, trữ lượng phần lò bằng còn lại không nhiều và có thể kết thúc trong một vài năm tới Một số mỏ hầm lò đang khai thác, đào lò ở mức độ sâu lớn như: Mông Dương (mức -250), Khe Chàm (mức -225), Quang Hanh (mức -175), Mạo Khê (mức -150), Hà Lầm (mức -300), Dương Huy (mức -100) Độ sâu từ mức đào lò, khai thác đến bề mặt địa hình phổ biến trong khoảng từ 150 ÷ 400 m

Các khoáng sàng thường có biến động mạnh về địa chất, nhiều phay phá, nếp uốn, chiều dày và góc dốc vỉa có độ ổn định thấp, dẫn tới đặc điểm chứa khí, thoát khí có sự khác biệt đáng kể ngay trong một vỉa hoặc trong cùng một khu vực Địa tầng chứa than thường có các loại đá: sét kết, bột kết, cát kết, cuội và sạn kết, trong

đó chiếm tỷ lệ chủ yếu là bột kết, cát kết, khoảng hơn 80% Độ cứng trung bình của

các loại đá phổ biến như sau: sét kết từ 10 ÷ 30 Mpa, bột kết từ 40÷60 Mpa, cát kết

60÷100 Mpa, cuội và sạn kết 60÷120 Mpa Khoảng cách trung bình giữa các vỉa than khoảng từ 40 ÷ 80 m, chủ yếu trong khoảng 40 ÷ 60 m Than vùng Quảng Ninh được xếp vào loại than Antraxít và bán Antraxít, có thời gian thành tạo lâu nhất, nên có độ thẩm thấu khí thấp nhất so với than Bitum và than á Bitum

2.1.2 Hiện trạng công nghệ khai thác:

Các sơ đồ công nghệ khai thác hiện đang áp dụng tại các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh thuộc hệ thống khai thác gương lò chợ dài và gương lò ngắn, trong đó gương lò chợ dài chiếm khoảng hơn 85 ÷ 90% tổng sản lượng khai thác hầm lò, còn lại là than đào lò và sản lượng của hệ thống gương lò ngắn

Các hệ thống khai thác gương lò chợ dài gồm:

1 Sơ đồ công nghệ khai thác cột dài theo phương, khấu toàn bộ chiều dày vỉa, điều khiển đá vách bằng phá hỏa toàn toàn phần, chủ yếu khai thác thủ công, khấu bằng khoan nổ mìn, chống bằng cột thủy lực đơn - xà khớp hoặc xà hộp và có một lò chợ khai thác bằng công nghệ cơ giới hóa, chống giữ gương khai thác bằng dàn chống tự hành, khấu bằng máy khấu (tại mỏ Khe Chàm I) Tùy thuộc vào điều kiện địa chất - kỹ thuật, cách tổ chức công việc, sản lượng khai thác của các lò chợ thủ công trung bình khoảng 120.000 ÷ 150.000 tấn/năm, sản lượng của lò chợ cơ giới hóa khoảng 250.000 ÷ 300.000 tấn/năm

2 Sơ đồ công nghệ khai thác cột dài theo phương, lò chợ trụ hạ trần thu hồi than nóc, điều khiển đá vách bằng phá hỏa toàn toàn phần, chủ yếu khai thác thủ công, khấu bằng khoan nổ mìn, chống bằng giá khung, giá xích, giá thủy lực di

động và có hai lò chợ khai thác bằng công nghệ cơ giới hóa, chống giữ gương khai

thác bằng dàn chống tự hành có kết cấu thu hồi than nóc, khấu bằng máy khấu (tại

mỏ Nam Mẫu và Vàng Danh) Sản lượng khai thác của các lò chợ thủ công trung bình khoảng 150.000 ÷ 200.000 tấn/năm, sản lượng của lò chợ cơ giới hóa khoảng hơn 200.000 tấn/năm

3 Sơ đồ công nghệ khai thác chia lớp nghiêng, lớp vách có thể hạ trần hoặc không hạ trần, lớp giữa và lớp trụ hạ trần thu hồi than nóc, điều khiển đá vách bằng phá hỏa toàn toàn phần, khai thác thủ công, khấu bằng khoan nổ mìn, chống bằng giá khung, giá xích, giá thủy lực di động, cột thủy lực đơn - xà khớp hoặc xà hộp (khấu lớp vách không hạ trần than nóc) Hệ thống khai thác này áp dụng cho các số vỉa dày của một số mỏ như: Lộ Trí - Thống Nhất, Hà Lầm

Các hệ thống khai thác gương lò ngắn gồm:

1 Sơ đồ công nghệ khai thác chia lớp ngang nghiêng, điều khiển đá vách bằng phá hỏa toàn toàn phần, chống giữ gương khai thác bằng giá thủy lực, khấu than bằng khoan nổ mìn

2 Sơ đồ công nghệ khai thác sử dụng lò dọc vỉa phân tầng, điều khiển đá vách bằng phá hỏa toàn toàn phần, chống giữ gương khai thác bằng giá thủy lực hoặc cột thủy lực đơn – xà hộp, khấu than bằng khoan nổ mìn

Các hệ thống khai thác trên áp dụng cho điều kiện vỉa dốc (α>450), có đặc

điểm là thông gió bằng quạt cục bộ, sản lượng khai thác thấp, khoảng 15.000 ÷

30.000 tấn/năm

2.1.3 Hiện trạng thông gió mỏ:

Hầu hết các mỏ áp dụng phương pháp thông gió hút, riêng mỏ Mông Dương

áp dụng phương pháp thông gió đẩy Sơ đồ thông gió phổ biến là thông gió trung tâm và thông gió sườn Mạng gió mỏ chủ yếu thông gió cho nhiều gương lò chợ, gương lò chuẩn bị, nên có nhiều nhánh, có cả nhánh nối chéo và có hạ áp lớn Do thực tế đào lò và khai thác thay đổi liên tục, phức tạp hơn so với thiết kế và kế hoạch ban đầu nên mạng gió luôn phải phát triển theo, dẫn tới việc phân phối lưu lượng gió cho các lò chợ, gương đào lò đôi khi chưa tốt, chưa hợp lý Một số công

ty có số lượng trạm quạt chính nhiều, nhiều mỏ có tới 5 ÷ 6 trạm, nên phải liên hợp các trạm quạt với nhau, việc tính toán phân phối gió rất phức tạp Các trạm quạt gió chính được xây dựng tương đối hoàn chỉnh, luôn có 02 tổ hợp quạt (01 làm việc và

01 dự phòng), được trang bị động cơ công suất lớn, quạt gió có năng suất, hạ áp cao Đa số quạt gió chính tại các công ty sử dụng có cơ cấu đảo chiều gió bằng cách thay đổi chiều quay động cơ Rò gió qua trạm quạt chính thường khá lớn do chất lượng cổng, cửa gió không tốt Một số công ty vẫn còn trạm quạt chính sử dụng các quạt cục bộ liên hợp với nhau, phục vụ thời gian ngắn cho một khu vực khai thác, không đáp ứng được yêu cầu phát triển sản xuất

Năng lực thông gió cho quá trình đào lò cơ bản đáp ứng yêu cầu nhờ sử dụng các loại quạt đa cấp, có hạ áp lớn, chỉ cần sử dụng 1 quạt có thể thông gió cục bộ cho đường lò đào trong than dài tới 1000m, thậm chí lớn hơn (bảng 2.1) Chất lượng cũng đã tốt hơn, sử dụng nhiều ống vải tráng cao su có độ bền cao, nhiều mỏ

đã sử dụng các loại ống gió có đường kính lớn, 800mm, 1000mm, 1200mm

Bảng 2.1 Tổng hợp phương pháp thông gió, loại quạt sử dụng ở một số mỏ

(ghép song song 2 quạt)

Nhìn chung, mặc dù vẫn còn những tồn tại, song về cơ bản hệ thống thông gió hiện nay tại các mỏ cơ bản đáp ứng được yêu cầu cho quá trình đào lò và khai thác Tuy nhiên, trong thời gian tới, điều kiện và quy mô sản xuất thay đổi theo chiều hướng phức tạp hơn, qui mô và chiều sâu khai thác lớn hơn, nên để đáp ứng

được yêu cầu, các mỏ phải khắc phục những tồn tại trên, đồng thời tiếp tục đầu tư,

cải tiến chất lượng hệ thống thông gió

2.1.4 Hiện trạng về đào lò chuẩn bị trong than:

Các đường dọc vỉa trong than chủ yếu được đào với tiết diện 8,4 m2, 9,5 m2, một số khu vực áp dụng công nghệ cơ giới hoặc được đào với tiết diện 11m2, thậm chí có trường hợp đào tới 13,2 m2 Các đường lò song song, thượng khu vực, cúp nối thường được đào với tiết diện 7,6 m2 hoặc 6,4 m2 Theo sơ đồ chuẩn bị ruộng

mỏ hiện đang áp dụng, phần lớn các đường lò dọc vỉa trong than có chiều dài không quá 1000m, phổ biến trong khoảng 400 ÷ 800 m Hiện nay, đào lò chuẩn bị trong than chủ yếu áp dụng công nghệ thủ công, đào phá gương bằng khoan nổ mìn, chống vì bằng vật liệu gỗ hoặc thép, vận chuyển bằng xe goòng, máng cào Tốc độ

kỹ thuật Quốc gia về An toàn trong khai thác than hầm lò: Xếp hạng mỏ được chia

thành 4 loại (bảng 2.2), trong đó loại siêu hạng theo Quy chuẩn của Việt Nam tương

đương loại mỏ IV của Ba Lan

Bảng 2.2 Loại mỏ xếp theo độ chứa khí mêtan tự nhiên

m3/TKC) Một số mỏ có độ chứa khí tiệm cận loại III hoặc thuộc loại III (4,5 ÷ 8

m3/TKC) Tổng hợp một số vỉa than có độ chứa khí cao tại các mỏ vùng Quảng Ninh tại năm 2013 và được đánh giá là năm gần đây mà thực tế các vỉa than khai thác có

độ chứa khí CH4 cao nhất (bảng 2.3)

Bảng 2.3 Các vỉa than có độ chứa khí cao tại một số mỏ hầm lò năm 2013

Độ chứa khí

lớn nhất (m 3 /T KC )

Dương

Huy

2.2.2 Dự báo độ chứa khí khi xuống sâu vùng Quảng Ninh:

Trên cơ sở số liệu độ chứa khí mêtan của các mỏ, được tổng hợp nhiều năm theo độ sâu khai thác, có thể dự báo được xu hướng biến thiên độ chứa khí theo chiều sâu khai thác theo phương pháp nội suy bằng cách xây dựng các hàm được cài

đặt sẵn trong phần mềm Microsoft Excel Hàm xu hướng này có dạng đường cong

bậc hai hoặc dạng đường tuyến tính Kết quả dự báo độ chứa khí khi khai thác xuống sâu tại một số vỉa có độ chứa khí cao vùng Quảng Ninh

Từ các kết quả phân tích trên có thể thấy, với tốc độ đào lò và khai thác hiện nay, trong khoảng thời gian từ 4 ÷ 5 năm tới, một số mỏ hầm lò hiện có độ chứa khí loại III sẽ chuyển thành siêu hạng như: Mạo Khê (vỉa 9Đ), Quang Hanh (V6, V7 khu Đông Nam, V13, V14 khu Trung tâm), Dương Huy (V7 khu Nam)

2.3 Đánh giá hiểm họa cháy nổ khí mêtan:

Hiện nay, các vị trí sản xuất trong hầm lò có nguy cơ cháy nổ khí đều được lắp đặt các đầu đo khí mêtan tự động, giám sát liên tục điều kiện khí mỏ, nên đã phát hiện sớm, góp phần xử lý kịp thời các vụ nổ khí có thể xảy ra

Ngoài ra, việc quan tâm đầu tư trang thiết bị đo đạc khí mỏ rất được các mỏ quan tâm, đặc biệt duy trì đội thợ đo khí, đo đạc tại các thời điểm có nguy cơ cháy

nổ khí cao trong ca sản xuất ở tất cả các vị trí trong hầm lò cũng đã góp phần giảm nguy cơ cháy nổ khí

Hệ thống thông gió hiện nay cơ bản đáp ứng được yêu cầu Các gương đào lò than có nguy cơ cháy nổ khí cao đã được trang bị các quạt đa cấp, có hạ áp và lưu lượng lớn, có thể hoà loãng hàm lượng khí mêtan trong lò xuống dưới giới hạn cho phép

Các thiết bị điện sử dụng trong hầm lò được kiểm định phòng nổ trước khi đi vào sử dụng và kiểm định định kỳ theo quy trình và tiêu chuẩn rất nghiêm ngặt, loại

bỏ được những thiết bị không đảm bảo yêu cầu

Việc đào tạo, trang bị những kiến thức, nâng cao ý thức về vấn đề cháy nổ khí đã được thực hiện thường xuyên, hàng năm cho tất cả công nhân làm việc trong hầm lò, cũng như các cán bộ quản lý sản xuất hầm lò Song song với đó, hệ thống

văn bản quản lý, quy định, hướng dẫn kỹ thuật an toàn phòng chống cháy nổ khí tương đối đầy đủ từ Nhà nước (Bộ Công Thương), Tập đoàn, các cơ quan nghiên cứu khoa học và các mỏ sản xuất hầm lò, đã hỗ trợ đắc lực trong việc phòng chống cháy nổ khí

Mặc dù được trang bị tương đối đầy đủ phương tiện, thiết bị, kiến thức, tuy nhiên, thực tế sản xuất vẫn để xẩy ra nổ khí mêtan các tại mỏ như: Mạo Khê (1999), Suối Lại (2002), Thống Nhất (2006), Khe Chàm (2008), Nam Khe Tam – Công ty

86 (2012), hoặc cháy khí mêtan tại các mỏ: Quang Hanh (2008), Mạo Khê (2012) Thiệt hại về người và tài sản của các vụ cháy nổ khí là rất lớn Nguyên nhân trực tiếp dẫn tới cháy nổ khí có rất nhiều, nhưng tựu chung lại có một số nguyên nhân chính như sau: ý thức phòng chống cháy nổ khí của người lao động chưa cao, công tác kiểm soát, quản lý an toàn thực tế thi công tại hiện trường chưa tốt, v.v Ngoài

ra, hiện nay, các gương đào lò được khoan tiến trước để thăm dò nước, khí, tuy nhiên số lượng các lỗ khoan ít Trong khi đó, chưa có công nghệ, thiết bị thăm dò, tìm kiếm, nên đôi khi không thể phát hiện các đới, túi chứa khí phía trước gương, có thể xuất đột ngột vào đường lò, tạo nguy cơ cháy nổ khí cao hoặc ngạt khí

Như vậy, mặc dù đã được đầu tư, quan tâm và đã có rất nhiều tiến bộ trong thời gian qua trong công tác giám sát, kiểm soát khí mỏ, tuy nhiên thực tế vẫn để xẩy ra cháy nổ khí Hiện nay, nguy cơ cháy nổ khí mêtan vẫn còn hiện hữu và có thể sẽ tăng trong thời gian tới (tương lai gần, khoảng 4 ÷ 5 năm) khi nhiều mỏ hầm

lò đồng loạt khai thác xuống sâu, quy mô công suất mỏ tăng mạnh, độ chứa khí và thoát khí lớn (một số mỏ chuyển từ loại III lên mỏ siêu hạng), thông gió mỏ khó khăn (sức cản lớn và yêu cầu lưu lượng cao)

Các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh khai thác dưới bề mặt địa hình là đồi núi cao, khó di chuyển, đi lại Than thuộc loại Antraxít và bán Antraxít, có độ thẩm thấu khí thấp, độ sâu khai thác chưa lớn Hệ thống khai thác áp dụng chủ yếu là cột dài theo phương, điều khiển đá vách bằng phá hỏa toàn toàn phần, chủ yếu khai thác thủ công, sản lượng không cao (khoảng 120.000 ÷ 200.000 tấn/năm) Độ chứa khí của các vỉa hiện nay chủ yếu thuộc loại I (<2,5 m3/TKC) và loại II (2,5 ÷ 4,5